KR102428830B1 - Air-supplier and controlling method for the air-supplier - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기압축기 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 공기압축기 동작 초기에 공기압축기 내 회전축 둘레 또는 끝단에 구비되는 에어포일 베어링에 공기를 주입하여 줌으로써 공기압축기 내 에어포일 베어링의 내구성 및 구동품질을 향상시킬 수 있도록 하는 공기압축기 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.The present invention relates to an air compressor and a method for controlling the same. An object of the present invention is to improve the durability and driving quality of the airfoil bearing in the air compressor by injecting air into the airfoil bearing provided around or at the end of the rotating shaft in the air compressor at the initial stage of operation of the air compressor, and an air compressor and the same To provide a control method.

Description

공기압축기 및 그 제어 방법 {Air-supplier and controlling method for the air-supplier}Air compressor and controlling method thereof

본 발명은 공기압축기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공기압축기 내 에어포일 베어링의 내구성 및 구동품질을 향상시킬 수 있도록 하는 공기압축기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an air compressor and a control method thereof, and more particularly, to an air compressor capable of improving durability and driving quality of an airfoil bearing in an air compressor and a control method thereof.

전통적으로 자동차는 화석 연료를 연소시켜 구동되는 엔진을 동력원으로 사용하여 왔으나, 환경오염 문제 및 화석연료 고갈로 인하여 최근 전기로 구동되는 모터 및 엔진을 함께 사용하는 하이브리드 자동차 또는 모터만을 사용하는 전기 자동차와 같은 친환경 자동차에 대한 연구가 활발하고 빠르게 진행되고 있다. 이러한 친환경 자동차에 사용되는 전지의 형태로서, 수소와 산소가 공급되어 물의 전기분해 역반응인 전기화학 반응을 통해 전기 에너지를 생성하는 연료전지가 현재 널리 사용되고 있으며, 관련 연구도 활발하게 이루어지고 있다.Traditionally, automobiles have used an engine driven by burning fossil fuel as a power source. However, due to environmental pollution problems and fossil fuel depletion, recently, a hybrid vehicle that uses an electric motor and an engine together or an electric vehicle using only a motor Research on the same eco-friendly vehicle is actively and rapidly progressing. As a type of battery used in such an eco-friendly vehicle, a fuel cell in which hydrogen and oxygen are supplied to generate electric energy through an electrochemical reaction, which is a reverse reaction of electrolysis of water, is currently widely used, and related research is being actively conducted.

연료전지 스택으로 산소를 공급함에 있어서, 일반적으로 산소를 포함하고 있는 공기를 압축하여 공급하는 방식이 사용되고 있다. 통상적으로 연료전지 자동차는 80kW급의 연료전지 스택을 탑재하고 있으며, 가압조건에서 운전할 경우 공급되는 공기는 1.2~3.0bar 정도의 고압을 가진다. 이러한 수준의 고압 공기를 공급하기 위해서는 공기압축기가 5,000~10,000rpm 정도의 회전수로 회전하는 것이 필요하다. 한국특허등록 제0962903호("연료전지 차량용 통합형 수소재순환블로워", 2010.06.01) 등에 이러한 연료전지 스택으로 압축공기를 공급하는 공기압축기에 관한 기술내용이 다양하게 개시된다.In supplying oxygen to the fuel cell stack, a method of supplying air containing oxygen by compression is generally used. In general, fuel cell vehicles are equipped with a fuel cell stack of 80kW class, and when operated under a pressurized condition, the supplied air has a high pressure of 1.2 to 3.0 bar. In order to supply high-pressure air at this level, it is necessary for the air compressor to rotate at a rotational speed of about 5,000 to 10,000 rpm. Korean Patent Registration No. 0962903 (“Integrated Hydrogen Recirculation Blower for Fuel Cell Vehicles”, June 1, 2010), etc. discloses various technical contents regarding an air compressor that supplies compressed air to such a fuel cell stack.

공기압축기는 회전축에 연결된 임펠러를 이용하여 공기를 흡입 및 압축하여 토출하는 장치로서, 임펠러를 회전시키는 회전축에는 회전 시 하우징과의 마찰을 줄이기 위해 베어링이 구비된다. 공기압축기에 사용되는 임펠러는 상당히 고속으로 회전하기 때문에, 일반적으로 임펠러 회전축에는 회전축의 외주면을 따라 둘러싸는 형태로 구비되는 저널 베어링(journal bearing)과 회전축 연장 방향으로 하중이 가해지는 위치에 구비되는 쓰러스트 베어링(thrust bearing) 두 종류가 모두 구비되고 있다.An air compressor is a device for sucking in, compressing, and discharging air using an impeller connected to a rotating shaft, and a rotating shaft rotating the impeller is provided with a bearing to reduce friction with the housing during rotation. Since the impeller used in the air compressor rotates at a fairly high speed, in general, the impeller rotating shaft has a journal bearing provided in a form surrounding the outer circumferential surface of the rotating shaft, and a collapse provided at a position where a load is applied in the rotational shaft extension direction. Both types of thrust bearings are available.

한편, 전통적으로 다양한 기계 장치에는 프레임 사이에 복수 개의 강구(網球)가 들어있는 형태인 볼 베어링이 널리 사용되고 있으며 임펠러 회전축에 구비되는 베어링 역시 이러한 볼 베어링이 사용될 수 있다. 최근에는 볼 베어링보다 훨씬 마찰력 저감 효과가 뛰어난 에어포일 베어링의 사용도 확대되어 가고 있는 추세이다. 임펠러 회전축에 구비되는 베어링 역시, 볼 베어링이 적용되기도 하나 최근 에어포일 베어링이 적용되는 경우가 늘어가고 있다.On the other hand, traditionally, various mechanical devices have widely used ball bearings in which a plurality of steel balls are included between frames, and these ball bearings may also be used for bearings provided on the impeller rotating shaft. In recent years, the use of airfoil bearings, which is much more effective in reducing friction than ball bearings, is also increasing. Ball bearings are also applied to bearings provided on the impeller rotating shaft, but recently, airfoil bearings are increasingly applied.

도 1은 일반적인 에어포일 저널 베어링의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1(A)에 도시된 바와 같이 에어포일 저널 베어링은, 회전축(10)을 둘러싸는 원통형의 하우징(1)과, 상기 하우징(1) 내주면에 내접하도록 배치되며 탄성력을 가질 수 있는 형상을 가지는 범프 포일(2)과, 상기 범프 포일(2)의 탄성력이 상기 회전축(10)에 균일하게 전달될 수 있게 상기 회전축(10)을 감싸도록 배치되는 탑 포일(3)을 포함하여 이루어진다. 상기 회전축(10)이 고속으로 회전하면, 상기 포일(2)(3) 및 상기 회전축(10) 사이의 공간에 공기 유동에 의한 동압이 형성되며, 이에 따라 상기 포일(2)(3) 및 상기 회전축(10) 사이에 에어 갭(air-gap)이 형성됨으로써 상기 회전축(10)이 상기 포일(2)(3)과의 마찰 없이 회전될 수 있다. 도 1에는 에어포일 저널 베어링이 도시되었으나, 쓰러스트 에어포일 베어링도 상기 하우징(1)의 형상 및 상기 포일(2)(3)이 배치된 위치에 차이가 있을 뿐 기본적인 구성은 이와 유사하다.1 schematically shows the structure of a general airfoil journal bearing. As shown in FIG. 1(A), the airfoil journal bearing has a cylindrical housing 1 surrounding the rotation shaft 10, and is disposed to be inscribed on the inner circumferential surface of the housing 1 and has a shape capable of having an elastic force. and a bump foil 2 and a top foil 3 disposed to surround the rotation shaft 10 so that the elastic force of the bump foil 2 can be uniformly transmitted to the rotation shaft 10 . When the rotating shaft 10 rotates at a high speed, dynamic pressure is formed in the space between the foils 2 and 3 and the rotating shaft 10 by air flow, and accordingly, the foils 2 and 3 and the Since an air-gap is formed between the rotation shafts 10 , the rotation shaft 10 can be rotated without friction with the foils 2 and 3 . Although the airfoil journal bearing is illustrated in FIG. 1 , the thrust airfoil bearing also differs in the shape of the housing 1 and the positions at which the foils 2 and 3 are disposed, but the basic configuration is similar to this.

도 2는 종래의 공기압축기 구조 및 베어링 위치를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 공기압축기(100')의 회전축(131)에는 복수의 볼 베어링(151')(152')이 구비되어 마찰을 저감하도록 되어 있는 경우가 많다. 그런데 앞서 설명한 바와 같이 연료전지 스택에 고압 공기를 공급하기 위한 공기압축기의 경우, 기존의 다른 장치들에서 요구하는 것보다 더욱 높은 수준의 회전수로 회전한다. 볼 베어링의 경우 마찰을 크게 저감할 수는 있지만 마찰력이 0은 아니기 때문에, 이처럼 회전축이 초고속 회전을 하는 경우 볼 베어링에서 마찰이 크게 발생하여 온도가 급격히 상승하여 손상까지 일으킬 위험성이 매우 높다.Figure 2 shows a conventional air compressor structure and bearing position. As shown in Fig. 2, the rotary shaft 131 of the conventional air compressor 100' is provided with a plurality of ball bearings 151' and 152' to reduce friction in many cases. However, as described above, in the case of an air compressor for supplying high-pressure air to the fuel cell stack, it rotates at a higher rotational speed than that required by other existing devices. In the case of a ball bearing, friction can be greatly reduced, but since the friction force is not 0, when the rotating shaft rotates at such a high speed, friction occurs in the ball bearing, and the temperature rises rapidly and there is a very high risk of damage.

에어포일 베어링은 이상적으로는 마찰력이 거의 0이 될 수 있기 때문에 마찰 저감 효과 측면에서는 최고의 성능을 가지고 있다. 그러나 매우 얇은 포일들을 포함하여 이루어진다는 구조적 특성상 볼 베어링 등에 비해 상대적으로 강성이 부족하다는 약점이 있다. 뿐만 아니라 정지 상태 또는 동작 초기에는 충분한 동압이 생기지 않아 포일-회전축 간 에어 갭이 충분히 형성되지 못하기 때문에, 도 1(B)에 도시된 바와 같이 상기 회전축(10)이 중력에 의해 하강하여 상기 포일(2)(3)과 접촉해 있는 상태가 되어 마찰 저감 성능이 상당히 떨어지는 문제가 있다.The airfoil bearing has the best performance in terms of friction reduction effect because the friction force can ideally be almost zero. However, it has a weakness in that it has relatively insufficient rigidity compared to ball bearings and the like due to the structural characteristic of including very thin foils. In addition, since sufficient dynamic pressure is not generated in a stationary state or in the initial stage of operation, an air gap between the foil-rotation shaft is not sufficiently formed, so that the rotation shaft 10 is lowered by gravity as shown in FIG. (2) There is a problem that the friction reduction performance is considerably lowered because it is in contact with (3).

1. 한국특허등록 제0962903호("연료전지 차량용 통합형 수소재순환블로워", 2010.06.01)1. Korean Patent Registration No. 0962903 (“Integrated Hydrogen Circulation Blower for Fuel Cell Vehicles”, 2010.06.01)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공기압축기 동작 초기에 공기압축기 내 회전축 둘레 또는 끝단에 구비되는 에어포일 베어링에 공기를 주입하여 줌으로써 공기압축기 내 에어포일 베어링의 내구성 및 구동품질을 향상시킬 수 있도록 하는 공기압축기용 공기압축기 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to inject air into the airfoil bearing provided around or at the end of the rotating shaft in the air compressor at the beginning of the operation of the air compressor. An object of the present invention is to provide an air compressor for an air compressor capable of improving the durability and driving quality of the airfoil bearing in the air compressor, and a method for controlling the same.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기압축기(100)는, 회전축(131)에 의해 회전하는 임펠러(110)를 이용하여 기체를 흡입 및 압축하여 토출하며, 상기 회전축(131) 주변에 저널 베어링 또는 쓰러스트 베어링 형태로 형성되는 적어도 하나의 에어포일 베어링이 구비되되, 상기 공기압축기(100)로부터 토출되는 압축공기 일부를 공급받아 저장하고 상기 에어포일 베어링의 내부에 공기를 공급하는 공기공급부(500)를 포함하여 이루어질 수 있다.The air compressor 100 of the present invention for achieving the above object sucks, compresses and discharges gas using an impeller 110 rotating by a rotating shaft 131, and the rotating shaft 131 is located around the At least one airfoil bearing formed in the form of a journal bearing or a thrust bearing is provided, and an air supply unit that receives and stores a portion of the compressed air discharged from the air compressor 100 and supplies air to the inside of the airfoil bearing (500) may be included.

보다 구체적으로 상기 공기압축기(100)는, 코어(111) 및 복수 개의 블레이드(112)를 포함하며, 상기 회전축(131)에 의해 회전하여 기체를 흡입 및 압축하여 토출하는 상기 임펠러(110); 기체흡입구(121a), 기체토출구(121b) 및 기체유통로(121c)를 포함하는 임펠러실 전방부재(121) 및 임펠러실 후방부재(122)를 포함하며, 상기 임펠러(110)를 수용 및 지지하는 임펠러실(120); 상기 임펠러실 후방부재(122)에 지지되어 상기 회전축(131) 전단 측면을 지지하며, 에어포일 저널 베어링 형태로 형성되는 전방 베어링(151); 압축공기를 저장하는 공기저장부(510), 일단이 상기 공기저장부(510)에 연결되며 상기 기체토출구(121b)로 토출되는 압축공기 일부를 공급받아 저장하도록 타단이 상기 기체토출구(121b)와 연결되는 저장유로(520), 일단이 상기 공기저장부(510)에 연결되며 상기 전방 베어링(151)의 내부에 공기를 공급하도록 타단이 상기 전방 베어링(151)과 연결되는 공급유로(530), 상기 저장유로(520) 또는 상기 공급유로(530)의 개폐를 제어하는 제어부(550)를 포함하여 이루어지는 상기 공기공급부(500); 를 포함할 수 있다.More specifically, the air compressor 100 includes a core 111 and a plurality of blades 112, and the impeller 110 rotates by the rotation shaft 131 to suck and compress gas and discharge it; It includes an impeller chamber front member 121 and an impeller chamber rear member 122 including a gas inlet 121a, a gas outlet 121b, and a gas flow path 121c, and receiving and supporting the impeller 110 impeller chamber 120; a front bearing 151 supported by the impeller chamber rear member 122 to support the front end side of the rotation shaft 131 and formed in the form of an airfoil journal bearing; An air storage unit 510 for storing compressed air, one end connected to the air storage unit 510 and the other end of the gas discharge port 121b and the other end to receive and store a portion of the compressed air discharged through the gas discharge port 121b A storage flow path 520 connected, one end connected to the air storage unit 510 and a supply flow path 530 having the other end connected to the front bearing 151 to supply air to the inside of the front bearing 151, the air supply unit 500 including a control unit 550 for controlling the opening and closing of the storage passage 520 or the supply passage 530 ; may include.

이 때 상기 공기압축기(100)는, 상기 임펠러(110)가 회전함에 따라, 상기 코어(111)와 동축상에 형성되는 상기 기체흡입구(121a)를 통해 기체가 흡입되고, 흡입된 기체가 상기 블레이드(112)를 따라 상기 기체유통로(121c)로 흘러가면서 압축되며, 압축된 기체가 상기 기체토출구(121b)에 모여서 외부로 토출되도록 이루어질 수 있다.At this time, in the air compressor 100, as the impeller 110 rotates, gas is sucked through the gas inlet 121a formed coaxially with the core 111, and the sucked gas is applied to the blade. It is compressed while flowing into the gas flow path 121c along the 112, and the compressed gas is collected at the gas outlet 121b and discharged to the outside.

또한 상기 공기공급부(500)는, 상기 저장유로(520) 상에 구비되는 저장유로밸브(525), 상기 공급유로(530) 상에 구비되며 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되는 공급유로밸브(535)를 더 포함할 수 있다. 이 때 상기 공기공급부(500)는, 상기 저장유로밸브(525)가, 상기 기체토출구(121b) 내 압력이 상기 공기저장부(510) 내 압력보다 크면 개방되고 그렇지 않으면 폐쇄되는 체크밸브 형태로 형성되거나, 상기 저장유로밸브(525)가, 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되도록 형성될 수 있다.In addition, the air supply unit 500 includes a storage passage valve 525 provided on the storage passage 520 , and a supply passage valve provided on the supply passage 530 and controlled to be opened and closed by the controller 550 . (535) may be further included. At this time, the air supply unit 500 is formed in the form of a check valve in which the storage passage valve 525 is opened when the pressure in the gas discharge port 121b is greater than the pressure in the air storage unit 510 and closed otherwise. Alternatively, the storage passage valve 525 may be formed such that opening and closing is controlled by the control unit 550 .

또한 상기 공기공급부(500)는, 상기 저장유로(520) 및 상기 공급유로(530)를 통합하여 상기 공기저장부(510)에 연결하는 통합유로(540)를 더 포함할 수 있다. 이 때 상기 공기공급부(500)는, 상기 통합유로(540) 상에 구비되며 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되는 삼방밸브 형태로 형성되는 통합유로밸브(545)를 더 포함할 수 있다.Also, the air supply unit 500 may further include an integrated flow path 540 that integrates the storage flow path 520 and the supply flow path 530 and connects to the air storage unit 510 . In this case, the air supply unit 500 may further include an integrated flow path valve 545 provided on the integrated flow path 540 and formed in the form of a three-way valve whose opening and closing is controlled by the control unit 550 .

또한 상기 공기압축기(100)는, 상기 회전축(131)을 통해 상기 임펠러(110) 후단에 연결되어 상기 임펠러(110)를 회전시키는 모터(130); 모터실 전방부재(141) 및 모터실 후방부재(142)를 포함하며, 상기 임펠러실(120) 후단에 연결되며 상기 모터(130)를 수용 및 지지하는 모터실(140); 을 더 포함하되, 상기 모터실 후방부재(142) 또는 상기 터빈실 부재에 지지되어 상기 회전축(131) 후단 측면을 지지하며, 에어포일 저널 베어링 형태로 형성되는 후방 베어링(152); 을 더 포함할 수 있다.In addition, the air compressor 100 includes a motor 130 connected to the rear end of the impeller 110 through the rotation shaft 131 to rotate the impeller 110 ; a motor room 140 including a front member of the motor room 141 and a rear member of the motor room 142 , connected to the rear end of the impeller room 120 and accommodating and supporting the motor 130 ; Further comprising, the rear bearing 152 being supported by the motor chamber rear member 142 or the turbine chamber member to support the rear end side of the rotating shaft 131, and formed in the form of an airfoil journal bearing; may further include.

이 때 상기 공기공급부(500)는, 일단이 상기 공기저장부(510)에 연결되며 타단이 상기 후방 베어링(152)의 내부에 공기를 공급하도록 상기 후방 베어링(152)과 연결되는 부가공급유로(530a)를 더 포함할 수 있다. 이 때 상기 공기공급부(500)는, 상기 부가공급유로(530a) 상에 구비되며 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되는 부가공급유로밸브(535a)를 더 포함할 수 있다.At this time, the air supply unit 500 has an additional supply passage ( 530a) may be further included. In this case, the air supply unit 500 may further include an additional supply passage valve 535a provided on the additional supply passage 530a and opened and closed by the controller 550 .

또한 상기 공기압축기(100)는, 상기 회전축(131) 후단에 돌출 형성되며, 상기 모터실 후방부재(142) 또는 상기 터빈실 부재에 형성되는 홈에 삽입되는 플랜지(131a); 상기 플랜지(131a)와 상기 홈 사이에 구비되며, 에어포일 쓰러스트 베어링 형태로 형성되는 끝단 베어링(153); 을 더 포함할 수 있다.In addition, the air compressor 100, a flange (131a) protruding from the rear end of the rotary shaft 131, and inserted into the groove formed in the motor chamber rear member 142 or the turbine chamber member; an end bearing 153 provided between the flange 131a and the groove and formed in the form of an airfoil thrust bearing; may further include.

이 때 상기 공기공급부(500)는, 일단이 상기 공기저장부(510)에 연결되며 타단이 상기 끝단 베어링(153)의 내부에 공기를 공급하도록 상기 끝단 베어링(153)과 연결되는 추가공급유로(530b)를 더 포함할 수 있다. 이 때 상기 공기공급부(500)는, 상기 추가공급유로(530b) 상에 구비되며 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되는 추가공급유로밸브(535b)를 더 포함할 수 있다.At this time, the air supply unit 500 has one end connected to the air storage unit 510 and the other end is an additional supply passage connected to the end bearing 153 so as to supply air to the inside of the end bearing 153 ( 530b) may be further included. In this case, the air supply unit 500 may further include an additional supply passage valve 535b provided on the additional supply passage 530b and opened and closed by the controller 550 .

또한 본 발명의 공기압축기(100) 제어 방법은, 회전축(131)에 의해 회전하는 임펠러(110)를 이용하여 기체를 흡입 및 압축하여 토출하며, 상기 회전축(131) 주변에 저널 베어링 또는 쓰러스트 베어링 형태로 형성되는 적어도 하나의 에어포일 베어링이 구비되며, 상기 공기압축기(100)로부터 토출되는 압축공기 일부를 공급받아 저장하고 상기 에어포일 베어링의 내부에 공기를 공급하는 공기공급부(500)를 포함하는 공기압축기(100)를 제어하는 공기압축기(100) 제어 방법에 있어서, 상기 회전축(131)이 정지한 상태로 대기하는 기동대기단계; 상기 공기공급부(500)에 의하여 상기 에어포일 베어링의 내부에 공기가 공급되는 공기공급단계; 상기 공기공급단계에 의하여 상기 회전축(131) 및 상기 에어포일 베어링 사이에 에어 갭이 형성되면, 상기 회전축(131)이 회전하여 상기 공기압축기(100)가 기동되는 기동단계; 상기 공기압축기(100)의 기동에 의하여 흡입 및 압축하여 토출된 압축공기 일부가 상기 공기공급부(500)로 저장되는 공기저장단계; 상기 공기공급부(500)에 의하여 상기 에어포일 베어링 내부로의 공기 공급이 중단되는 공급중단단계; 를 포함할 수 있다.In addition, in the method of controlling the air compressor 100 of the present invention, the gas is sucked in, compressed and discharged using the impeller 110 rotated by the rotating shaft 131 , and journal bearings or thrust bearings are located around the rotating shaft 131 . At least one airfoil bearing formed in a shape is provided, and an air supply unit 500 that receives and stores a portion of the compressed air discharged from the air compressor 100 and supplies air to the inside of the airfoil bearing comprises an air supply unit 500 In the air compressor (100) control method for controlling the air compressor (100), the starting standby step of waiting in a state in which the rotating shaft (131) is stopped; an air supply step in which air is supplied to the inside of the airfoil bearing by the air supply unit 500; a starting step of starting the air compressor 100 by rotating the rotary shaft 131 when an air gap is formed between the rotary shaft 131 and the airfoil bearing by the air supply step; an air storage step in which a part of compressed air suctioned and compressed by the operation of the air compressor 100 and discharged is stored in the air supply unit 500; a supply stopping step in which the air supply to the inside of the airfoil bearing is stopped by the air supply unit 500; may include.

이 때 상기 공기압축기(100) 제어 방법은, 상기 공기저장단계에서, 상기 공기압축기(100)로부터 기체가 토출되는 공간 내 압력이 상기 공기공급부(500)의 공기저장공간 내 압력보다 크면 개방되고 그렇지 않으면 폐쇄되는 체크밸브에 의하여 공기의 저장 여부가 제어되거나, 상기 공기저장단계에서, 제어부(550)에 의하여 개폐가 제어되는 자동제어밸브에 의하여 공기의 저장 여부가 제어될 수 있다. 이 때 상기 공기압축기(100) 제어 방법은, 상기 공기저장단계에서, 상기 제어부(550)에 의하여, 상기 회전축(131)의 회전 속도가 미리 결정된 기준에 도달하면 공기 저장이 시작되거나, 또는 상기 회전축(131)의 회전이 시작된 후 미리 결정된 시간이 지나면 공기 저장이 시작되도록 이루어질 수 있다.At this time, in the air compressor 100 control method, in the air storage step, if the pressure in the space from which the gas is discharged from the air compressor 100 is greater than the pressure in the air storage space of the air supply unit 500, it is opened. Otherwise, whether to store air is controlled by a check valve that is closed, or whether to store air is controlled by an automatic control valve whose opening and closing is controlled by the control unit 550 in the air storage step. At this time, in the air compressor 100 control method, in the air storage step, when the rotation speed of the rotary shaft 131 reaches a predetermined standard by the controller 550, air storage is started, or the rotary shaft After a predetermined time passes after the rotation of the 131 is started, the air storage may be started.

또한 상기 공기압축기(100) 제어 방법은, 상기 공기공급단계에서, 제어부(550)에 의하여 개폐가 제어되는 자동제어밸브에 의하여 공기의 공급 여부가 제어될 수 있다.Also, in the air compressor 100 control method, in the air supply step, whether air is supplied or not may be controlled by an automatic control valve whose opening and closing is controlled by the controller 550 .

또한 상기 공기압축기(100) 제어 방법은, 상기 공급중단단계에서, 상기 제어부(550)에 의하여, 상기 회전축(131)의 회전 속도가 미리 결정된 기준에 도달하면 공기 공급이 중단되거나, 또는 상기 회전축(131)의 회전이 시작된 후 미리 결정된 시간이 지나면 공기 공급이 중단되도록 이루어질 수 있다.Also, in the air compressor 100 control method, in the supply interruption step, when the rotation speed of the rotation shaft 131 reaches a predetermined criterion by the control unit 550, the air supply is stopped, or the rotation shaft ( 131) may be made such that the air supply is stopped after a predetermined time has elapsed after the rotation is started.

종래의 공기압축기는 공기압축기 동작 초기에 충분한 동압이 생기지 않아 포일-회전축 간 에어 갭이 충분히 형성되지 못하고 포일-회전축 간 접촉이 발생하는 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 의하면, 공기압축기 동작 초기에 공기압축기 내 회전축 둘레 또는 끝단에 구비되는 에어포일 베어링에 공기를 주입하여 줌으로써 이러한 문제를 해소하여 마찰 저감 성능을 극대화시키는 큰 효과가 있다. 특히 종래의 경우 동작 초기에 충분한 에어 갭을 확보하지 못하여 포일-회전축이 서로 접촉되어 있는 상태에서 회전축이 회전함으로써 포일이 손상되는 등의 문제가 있었는데, 본 발명에 의하면 동작 초기라 할지라도 공기 주입을 통해 포일-회전축 간 에어 갭을 충분히 확보한 상태에서 회전축의 회전이 이루어지기 때문에, 이러한 포일 손상 위험성을 비약적으로 저감할 수 있다.In the conventional air compressor, sufficient dynamic pressure is not generated at the initial stage of operation of the air compressor, so an air gap between the foil and the rotating shaft is not sufficiently formed, and there is a problem in that the contact between the foil and the rotating shaft occurs. However, according to the present invention, there is a great effect of maximizing friction reduction performance by resolving this problem by injecting air into the airfoil bearing provided around or at the end of the rotating shaft in the air compressor at the initial stage of operation of the air compressor. In particular, in the case of the prior art, there was a problem that the foil was damaged by the rotation of the rotating shaft in a state in which the foil-rotating shaft was in contact with each other because a sufficient air gap was not secured at the initial stage of operation. Since the rotation of the rotation shaft is performed in a state in which the air gap between the foil and the rotation shaft is sufficiently secured, the risk of damage to the foil can be drastically reduced.

이처럼 본 발명에 의하면, 공기압축기에서 공기의 압축을 수행하는 임펠러의 회전축 주변에 구비되는 에어포일 베어링의 손상 위험성을 저감하고 내구성을 향상시켜 줌으로써 결과적으로 공기압축기 자체의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 상술한 바와 같이 동작 초기의 문제점을 해소함으로써 공기압축기의 구동품질을 향상시키는 효과도 있다. 뿐만 아니라 종래에는 강성 및 내구성이 상대적으로 부족하여 공기압축기 내 회전축에 에어포일 베어링을 적극적으로 채용하지 못했던 제약에서 벗어나, 회전축 주변에 구비되는 베어링을 종래의 볼 베어링 등보다 마찰 저감 성능이 뛰어난 에어포일 베어링으로 교체 적용할 수 있게 해 줌으로써, 공기압축기 구동성능 역시 향상시킬 수 있는 효과 또한 있다.As such, according to the present invention, by reducing the risk of damage to the airfoil bearing provided around the rotation shaft of the impeller performing air compression in the air compressor and improving the durability, the effect of improving the durability of the air compressor itself as a result is have. In addition, as described above, there is an effect of improving the driving quality of the air compressor by solving the problems at the initial stage of operation. In addition, the conventional airfoil bearings provided around the rotating shaft, which have superior friction reduction performance than conventional ball bearings, are freed from the limitations of actively adopting airfoil bearings on the rotating shaft of the air compressor due to their relatively lack of rigidity and durability. By allowing replacement to be applied to bearings, there is also the effect of improving the driving performance of the air compressor.

도 1은 일반적인 에어포일 저널 베어링 구조.
도 2는 종래의 공기압축기 구조 및 베어링 위치.
도 3은 본 발명의 공기압축기의 제1실시예.
도 4는 본 발명의 공기압축기에서의 공기 흐름.
도 5는 베어링 공기 공급 구조의 한 실시예.
도 6은 베어링 공기 공급 구조에 따른 에어포일 저널 베어링의 한 실시예.
도 7은 본 발명의 공기압축기의 제2실시예.
도 8은 본 발명의 공기압축기 제어 방법의 흐름도.1 is a general airfoil journal bearing structure.
Figure 2 is a conventional air compressor structure and bearing position.
3 is a first embodiment of the air compressor of the present invention.
4 is an air flow in the air compressor of the present invention.
5 is an embodiment of a bearing air supply structure;
6 is an embodiment of an airfoil journal bearing according to a bearing air supply structure;
7 is a second embodiment of the air compressor of the present invention.
8 is a flowchart of an air compressor control method of the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 공기압축기 및 그 제어 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an air compressor and a control method thereof according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 공기압축기의 기본적인 구성Basic configuration of the air compressor of the present invention

도 3은 본 발명의 공기압축기의 제1실시예를 도시하고 있다. 본 발명의 공기압축기(100)는, 종래에 공기압축기 내 회전축에 볼 베어링 형태의 베어링들이 구비되어 있던 것을 에어포일 베어링으로 교체된 구성으로 이루어지되, 상대적으로 강성 및 내구성이 약하며 동작 초기에 마찰 저감 성능이 급격히 저하되는 에어포일 베어링의 문제점을 해소할 수 있는 구성인 공기공급부(500)를 더 포함하여 이루어진다. 이하에서는, 먼저 도 3 등을 참조하여 본 발명의 공기압축기(100)의 기본적인 구성 및 작동을 전반적으로 설명한다.3 shows a first embodiment of the air compressor of the present invention. The air compressor 100 of the present invention has a configuration in which conventionally, ball bearing-type bearings are provided on the rotating shaft of the air compressor, but are replaced with airfoil bearings, and the rigidity and durability are relatively weak, and friction is reduced at the initial stage of operation. It further includes an air supply unit 500 that is a configuration that can solve the problem of airfoil bearings whose performance is rapidly deteriorated. Hereinafter, the basic configuration and operation of the air compressor 100 of the present invention will be described in general with reference to FIG. 3 and the like.

도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이 본 발명의 공기압축기(100)는, 기본적으로 임펠러(110) 및 임펠러실(120), 전방베어링(151)을 포함하여 이루어진다. 각부에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.As exemplarily shown in FIG. 3 , the air compressor 100 of the present invention basically includes an impeller 110 , an impeller chamber 120 , and a front bearing 151 . Each part will be described in more detail as follows.

상기 임펠러(110)는, 코어(111) 및 복수 개의 블레이드(112)를 포함하며, 회전축(131)에 의해 회전하여 기체를 흡입 및 압축하여 토출하는 역할을 한다. 상기 블레이드(112)들은 상기 코어(111) 주변에 방사상으로 연결되며, 상기 회전축(131)은 도시된 바와 같이 상기 임펠러(110)의 코어(111)에 삽입되어 연결될 수 있다. 상기 블레이드(112)의 형상에 의하여, 상기 임펠러(110)가 회전함에 따라 상기 코어(111) 전방의 기체가 상기 블레이드(112)를 타고 흘러가 상기 블레이드(112) 끝단으로 진행하는데, 이 과정에서 원심력에 의하여 기체의 유속이 상승함으로써 기체 압축이 일어날 수 있게 된다.The impeller 110 includes a core 111 and a plurality of blades 112 , and rotates by a rotating shaft 131 to suck in, compress, and discharge gas. The blades 112 are radially connected around the core 111 , and the rotation shaft 131 may be inserted into and connected to the core 111 of the impeller 110 as shown. According to the shape of the blade 112, as the impeller 110 rotates, the gas in front of the core 111 flows along the blade 112 and proceeds to the end of the blade 112, in this process, centrifugal force As the flow rate of the gas increases, compression of the gas can occur.

상기 임펠러실(120)은 상기 임펠러(110)를 수용 및 지지하는 일종의 케이스로서, 도시된 바와 같이 기체흡입구(121a), 기체토출구(121b) 및 기체유통로(121c)를 포함하는 임펠러실 전방부재(121) 및 임펠러실 후방부재(122)를 포함하여 이루어진다. 도 4는 본 발명의 공기압축기에서의 공기 흐름을 간략히 도시하고 있는데(편의상 도 4에서 베어링들(151)(152)(153)을 제외한 도면부호는 기재를 생략함), 도 4의 화살표로 표시된 바와 같이, 상기 임펠러(110)가 회전함에 따라, 상기 코어(111)와 동축상에 형성되는 상기 기체흡입구(121a)를 통해 기체가 흡입되고, 흡입된 기체가 상기 블레이드(112)를 따라 상기 기체유통로(121c)로 흘러가면서 압축되며, 압축된 기체가 상기 기체토출구(121b)에 모여서 외부로 토출되게 된다. 상기 공기공급부(500)에 의한 공기 흐름은 이후 제1실시예 및 제2실시예로 보다 상세히 설명한다.The impeller chamber 120 is a type of case for accommodating and supporting the impeller 110, and as shown, an impeller chamber front member including a gas intake port 121a, a gas discharge port 121b, and a gas flow path 121c. (121) and comprising an impeller chamber rear member (122). 4 is a schematic diagram of the air flow in the air compressor of the present invention (reference numerals except for the bearings 151, 152, and 153 in FIG. 4 are omitted for convenience), indicated by the arrows in FIG. As shown, as the impeller 110 rotates, gas is sucked in through the gas inlet 121a formed on the same axis as the core 111 , and the sucked gas moves along the blade 112 . It is compressed while flowing into the flow path 121c, and the compressed gas is collected at the gas outlet 121b and discharged to the outside. The air flow by the air supply unit 500 will be described in more detail later as a first embodiment and a second embodiment.

상기 전방 베어링(151)은 상기 회전축(131) 전단 측면을 지지하는 역할을 하는 것으로, 상기 임펠러실 후방부재(122)에 지지되며, 본 발명에서 상기 전방 베어링(151)은 에어포일 저널 베어링 형태로 형성된다. 상기 회전축(131)의 후단에도 물론 도 3에 도시된 바와 같이 후방 베어링(152)이 구비되어 상기 회전축(131)을 지지하게 된다(상기 후방 베어링(152)이 어떻게 지지되는지 등에 대해서는 이후 보다 상세히 다시 설명한다).The front bearing 151 serves to support the front end side of the rotating shaft 131, and is supported by the impeller chamber rear member 122. In the present invention, the front bearing 151 is an airfoil journal bearing. is formed The rear end of the rotation shaft 131 is also provided with a rear bearing 152 as shown in FIG. 3 to support the rotation shaft 131 (how the rear bearing 152 is supported, etc. will be described later in more detail.) explain).

상기 공기압축기(100)의 회전축을 회전시키기 위한 동력원으로서는 일반적으로 모터가 사용된다. 도 3 등에서는 현재 널리 사용되는 공기압축기의 모터 형태를 도시하고 있는데, 간략히 설명하자면 상기 회전축(131) 자체에 회전력을 발생시키는 여러 전자 부품이 구비되어 있는 형태이다. 그러나 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 별도의 축을 가지는 모터가 구비되되, 이러한 모터의 축에 상기 공기압축기(100)의 회전축(131)이 결합되는 형태로 이루어질 수도 있는 등 다양한 변경 실시가 가능함은 물론이다. 이하에서는 도 3 등에 도시된 실시예를 기반으로 상기 공기압축기(100)의 모터 관련 구성을 간략히 설명한다. 이 경우 상기 공기압축기(100)는 모터(130) 및 모터실(140)을 더 포함하여 이루어진다.A motor is generally used as a power source for rotating the rotating shaft of the air compressor 100 . 3 and the like show a motor type of an air compressor that is currently widely used. In brief, the rotating shaft 131 itself is provided with various electronic components for generating rotational force. However, the present invention is not limited thereto, for example, a motor having a separate shaft is provided, and various modifications such as the rotation shaft 131 of the air compressor 100 may be coupled to the shaft of the motor. is of course possible. Hereinafter, a motor-related configuration of the air compressor 100 will be briefly described based on the embodiment shown in FIG. 3 and the like. In this case, the air compressor 100 further includes a motor 130 and a motor chamber 140 .

상기 모터(130)는, 상기 회전축(131)을 통해 상기 임펠러(110) 후단에 연결되어 상기 임펠러(110)을 회전시킨다. 상기 모터(130)의 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하자면, 상기 모터(130)는 상기 회전축(131)의 외주면에 결합되는 로터(132)와, 상기 로터(132)에 상응하는 위치에 배치되며 플레이트(133a) 및 코일(133b)로 구성되어 상기 모터실(140)의 내주면에 고정 지지되는 스테이터(133)를 포함하여 이루어진다. 상기 스테이터(133)에 걸어주는 전력 신호에 따라 상기 로터(132) 및 상기 스테이터(133) 간 자기장 변화가 발생하며, 이 자기장 변화에 의해 회전력이 발생하여 상기 회전축(131)이 회전할 수 있게 된다.The motor 130 is connected to the rear end of the impeller 110 through the rotation shaft 131 to rotate the impeller 110 . To describe the configuration of the motor 130 in more detail, the motor 130 includes a rotor 132 coupled to an outer circumferential surface of the rotation shaft 131 and a plate disposed at a position corresponding to the rotor 132 . The stator 133 is composed of a 133a and a coil 133b and is fixedly supported on the inner circumferential surface of the motor chamber 140 . A magnetic field change occurs between the rotor 132 and the stator 133 according to a power signal applied to the stator 133 , and a rotational force is generated by this magnetic field change so that the rotating shaft 131 can rotate. .

상기 모터실(140)은 상기 임펠러실(120) 후단에 연결되며 상기 모터(130)를수용 및 지지하는 역할을 한다. 상기 모터실(140)은 도 3에 도시된 바와 같이 모터실 전방부재(141) 및 모터실 후방부재(142)를 포함하여 이루어지며, 상기 모터실 전방부재(141) 및 상기 모터실 후방부재(142)가 결합되어 그 사이에 생기는 공간에 상기 모터(130)가 구비된다. 한편 상기 모터실(140)에는 상기 모터(130)를 제어하기 위한 기판이 더 구비될 수 있으며, 이는 상기 모터실 후방부재(142)의 후방에 구비될 수 있는데, 이러한 기판을 보호하기 위해 모터실 커버(143)가 더 구비될 수 있다. 상기 모터실 전방부재(141)에는, 상기 모터실 전방부재(141) 내의 공동(空洞) 형태로 형성되며 내부에 냉각수가 수용되는 메인워터자켓(141a)이 구비될 수 있으며, 또한 상기 모터실 후방부재(142)에는, 상기 모터실 후방부재(142) 내의 공동(空洞) 형태로 형성되며 내부에 냉각수가 수용되는 서브워터자켓(142a)이 더 구비될 수 있어, 이들에 의해 상기 모터(130)에서 발생하는 열이 냉각될 수 있다.The motor chamber 140 is connected to the rear end of the impeller chamber 120 and serves to accommodate and support the motor 130 . As shown in FIG. 3 , the motor room 140 includes a motor room front member 141 and a motor room rear member 142 , and the motor room front member 141 and the motor room rear member ( The motor 130 is provided in the space formed between the couplings 142 . Meanwhile, a substrate for controlling the motor 130 may be further provided in the motor room 140 , which may be provided at the rear of the motor room rear member 142 . In order to protect the substrate, the motor room may be further provided. A cover 143 may be further provided. The motor room front member 141 may be provided with a main water jacket 141a that is formed in the form of a cavity in the motor room front member 141 and accommodates cooling water therein, and also the rear of the motor room. The member 142 may further include a sub-water jacket 142a formed in the form of a cavity in the motor compartment rear member 142 and accommodating cooling water therein, whereby the motor 130 is The heat generated in the can be cooled.

이 때 상기 회전축(131)의 후방에는, 상기 모터실 후방부재(142) 또는 상기 터빈실 부재에 지지되어 상기 회전축(131) 후단 측면을 지지하며, 에어포일 저널 베어링 형태로 형성되는 후방 베어링(152)이 구비될 수 있다.At this time, at the rear of the rotary shaft 131 , the rear bearing 152 is supported by the motor room rear member 142 or the turbine room member to support the rear end side of the rotary shaft 131 , and is formed in the form of an airfoil journal bearing. ) may be provided.

또한 상기 회전축(131)의 후단에는 플랜지(131a)가 돌출 형성되어 상기 회전축(131) 후단을 지지하는 부재(도 3의 실시예의 경우 도시된 바와 같이 상기 모터실 후방부재(142), 다른 형태의 회전구동원이 구비되는 경우 해당 회전구동원을 지지할 수 있도록 구비되는 부재)에 형성되는 홈에 삽입될 수 있다. 상기 플랜지(131a)는 상기 회전축(131)이 정위치를 이탈하지 않도록 안내하는 역할을 해 줄 수 있는데, 이 때 상기 플랜지(131a)와 상기 홈 사이에는 에어포일 쓰러스트 베어링 형태로 형성되는 끝단 베어링이 구비될 수 있다.In addition, a flange 131a is protruded from the rear end of the rotating shaft 131 to support the rear end of the rotating shaft 131 (as shown in the embodiment of FIG. 3 , the rear member of the motor compartment 142, other types of When a rotational drive source is provided, it may be inserted into a groove formed in a member provided to support the rotational drive source). The flange 131a may serve to guide the rotation shaft 131 not to deviate from its original position. In this case, an end bearing formed in the form of an airfoil thrust bearing between the flange 131a and the groove. This may be provided.

본 발명에서는, 상기 전방 베어링(151), 상기 후방 베어링(152), 상기 끝단 베어링(153) 등 상기 공기압축기(100)에 구비되는 모든 베어링들이 상술한 바와 같이 에어포일 베어링 형태로 이루어지되, 동작 초기에 상기 공기공급부(500)가 에어포일 베어링의 내부로 공기를 주입하여 줌으로써, 공기압축기 동작 초기에 충분한 동압이 생기지 않아 포일-회전축 간 에어 갭이 충분히 형성되지 못하고 포일-회전축 간 접촉이 발생하는 문제를 원천적으로 해결한다. 이하에서 상기 공기공급부(500)의 구체적인 구성을 설명한다.In the present invention, all bearings provided in the air compressor 100, such as the front bearing 151, the rear bearing 152, and the end bearing 153, are made in the form of an airfoil bearing as described above, and the operation By initially injecting air into the airfoil bearing by the air supply unit 500, sufficient dynamic pressure is not generated at the beginning of the operation of the air compressor, so that an air gap between the foil-rotation shaft is not sufficiently formed, and contact between the foil-rotation shaft occurs. solve the problem fundamentally. Hereinafter, a detailed configuration of the air supply unit 500 will be described.

본 발명의 공기압축기에 구비되는 공기저장부 구성Configuration of the air storage unit provided in the air compressor of the present invention

본 발명의 공기압축기(100)에 구비되는 상기 공기공급부(500)는, 상기 공기공급부(500)는, 압축공기를 저장하는 공기저장부(510)와, 상기 공기저장부(510)로 공기를 공급하여 저장하는 저장유로(520) 및 상기 공기저장부(510)로부터 공기를 배출하는 공급유로(530), 이들의 개폐를 제어하는 제어부(550)를 포함하여 이루어질 수 있다.The air supply unit 500 provided in the air compressor 100 of the present invention, the air supply unit 500, an air storage unit 510 for storing compressed air, and air to the air storage unit 510 It may include a storage flow path 520 for supplying and storing, a supply flow path 530 for discharging air from the air storage unit 510 , and a control unit 550 for controlling opening and closing thereof.

상기 공기저장부(510)는 탱크 형태로 형성되어 압축공기를 저장하는 역할을 한다. 상기 공기저장부(510)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 공기압축기(100)와 일체로 구성될 수도 있고, 또는 필요에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 상기 공기압축기(100)와 별도로 구성될 수도 있다.The air storage unit 510 is formed in a tank shape and serves to store compressed air. The air storage unit 510 may be integrally configured with the air compressor 100 as shown in FIG. 3, or may be configured separately from the air compressor 100 as shown in FIG. 7 if necessary. may be

상기 저장유로(520)는, 일단이 상기 공기저장부(510)에 연결되며 타단이 상기 기체토출구(121b)와 연결되도록 이루어진다. 이에 따라 상기 기체토출구(121b)로 토출되는 압축공기 일부를 공급받아 상기 공기저장부(510)로 저장할 수 있게 된다.The storage passage 520 is configured such that one end is connected to the air storage unit 510 and the other end is connected to the gas outlet 121b. Accordingly, a portion of the compressed air discharged through the gas discharge port 121b may be supplied and stored in the air storage unit 510 .

상기 공급유로(530)는, 일단이 상기 공기저장부(510)에 연결되며 타단이 상기 전방 베어링(151)과 연결되도록 이루어진다. 이에 따라 상기 공기저장부(510)로부터 배출된 압축공기를 상기 전방 베어링(151)의 내부에 공기를 공급할 수 있게 된다. 한편 앞서 설명한 바와 같이 상기 공기압축기(100)에는 상기 전방 베어링(151) 외에도 상기 후방 베어링(152)이나 상기 끝단 베어링(153) 등과 같이 다른 여러 베어링들이 구비될 수 있으며, 이러한 베어링들에도 상기 공급유로(530)와 같은 유로들이 각각 연결되어 이루어질 수 있음은 당연하다. 구체적으로는, 상기 공기압축기(100)에는 상기 공기저장부(510)-상기 전방 베어링(151)을 연결하는 상기 공급유로(530)와 유사하게, 상기 공기저장부(510)-상기 후방 베어링(152)을 연결하는 부가공급유로(530a)나, 상기 공기저장부(510)-상기 끝단 베어링(153)을 연결하는 추가공급유로(530b)가 더 구비될 수 있다.The supply passage 530 is configured such that one end is connected to the air storage unit 510 and the other end is connected to the front bearing 151 . Accordingly, the compressed air discharged from the air storage unit 510 can be supplied to the inside of the front bearing 151 . Meanwhile, as described above, in addition to the front bearing 151 , the air compressor 100 may include various other bearings such as the rear bearing 152 or the end bearing 153 , and these bearings also have the supply flow path. It is natural that flow paths such as 530 may be connected to each other. Specifically, in the air compressor 100 , similarly to the supply flow path 530 connecting the air storage unit 510 - the front bearing 151 , the air storage unit 510 - the rear bearing ( An additional supply passage 530a connecting the 152 , or an additional supply passage 530b connecting the air storage unit 510 and the end bearing 153 may be further provided.

상기 제어부(550)는, 상기 저장유로(520) 또는 상기 공급유로(530)의 개폐를 제어하는 역할을 한다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 공기압축기(100)는 동작 초기에 에어포일 베어링 형태로 형성되는 상기 베어링들(151)(152)(153)의 내부에 공기를 공급하여 준다. 종래에는 동작 초기에 아직 충분한 동압이 발생하지 못하여 에어 갭이 제대로 형성되지 않은 상태(즉 상기 회전축(131)과 상기 베어링들(151)(152)(153)이 접촉해 있는 상태)에서 회전축(131)의 회전이 일어나게 됨으로써 마찰 저감 성능이 저하될 뿐 아니라 베어링 손상 위험성이 크게 증가하는 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이 동작 초기에 상기 베어링들(151)(152)(153)의 내부에 공기를 공급하여 줌으로써 충분한 에어 갭을 미리 형성하여 준다. 이에 따라 상기 회전축(131)이 적절한 에어 갭을 형성할 수 있는 동압을 발생시킬 만큼의 충분한 회전 속도에 도달하지 못한 상태라 하더라도(즉 동작 초기), 상기 베어링들(151)(152)(153)과의 불필요한 접촉이 발생하지 않게 해 줌으로써 마찰 저감 성능 향상 및 베어링 손상 위험성 저감의 효과를 얻을 수 있게 해 준다. 상기 제어부(550)에 의한 베어링으로의 공기 공급 제어의 구체적인 단계에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.The control unit 550 serves to control opening and closing of the storage passage 520 or the supply passage 530 . As described above, the air compressor 100 of the present invention supplies air to the inside of the bearings 151 , 152 , 153 formed in the form of an airfoil bearing at the initial stage of operation. In the related art, the rotation shaft 131 is in a state in which an air gap is not properly formed (that is, the rotation shaft 131 and the bearings 151, 152, and 153 are in contact) because sufficient dynamic pressure has not yet been generated at the initial stage of operation. ), the friction reduction performance is lowered and the risk of bearing damage is greatly increased. However, according to the present invention, a sufficient air gap is formed in advance by supplying air to the inside of the bearings 151, 152, and 153 at the initial stage of operation as described above. Accordingly, even if the rotation shaft 131 does not reach a rotational speed sufficient to generate dynamic pressure for forming an appropriate air gap (that is, at the beginning of operation), the bearings 151, 152, and 153 It makes it possible to obtain the effect of improving friction reduction performance and reducing the risk of bearing damage by preventing unnecessary contact with the bearing. A detailed step of controlling the air supply to the bearing by the controller 550 will be described in more detail later.

도 5는 베어링 공기 공급 구조의 한 실시예를 도시하고 있다. 상술한 바와 같이 상기 공급유로들(530)(530a)(530b)은 상기 공기압축기(100)에 구비되는 여러 상기 베어링들(151)(152)(153)의 내부에 공기를 공급하도록 이루어진다. 이 때 상기 베어링들(151)(152)(153)의 내부 전체에 공기가 균일하게 잘 공급되게 하기 위해서, 상기 공급유로들(530)(530a)(530b)의 타단은 도 5에 도시된 바와 같이 복수 개로 분기되어 상기 베어링들(151)(152)(153)의 내부에 연결되도록 형성되는 것이 바람직하다. 도 5에는 상기 공급유로(530)-상기 전방 베어링(151)를 한 실시예로서 도시하고 있지만, 상기 부가공급유로(530a)-상기 후방 베어링(152) 또는 상기 추가공급유로(530b)-상기 끝단 베어링(153)의 연결 역시 도 5와 같이 이루어질 수 있음은 물론 당연하다.5 shows one embodiment of a bearing air supply structure. As described above, the supply passages 530 , 530a and 530b are configured to supply air to the inside of the bearings 151 , 152 , 153 provided in the air compressor 100 . At this time, in order to uniformly and well supply air to the entire interior of the bearings 151, 152, and 153, the other ends of the supply passages 530, 530a, 530b are as shown in FIG. It is preferable that the bearings 151, 152, and 153 are formed so as to be branched into a plurality and connected to the inside of the bearings 151, 152, and 153. Although the supply flow path 530-the front bearing 151 is illustrated as an embodiment in FIG. 5, the additional supply flow path 530a-the rear bearing 152 or the additional supply flow path 530b-the end It goes without saying that the connection of the bearing 153 may also be made as shown in FIG. 5 .

도 6은 베어링 공기 공급 구조에 따른 에어포일 저널 베어링의 한 실시예로서, 예시적으로 상기 임펠러실 후방부재(122)에 의해 지지되는 상기 전방 베어링(151)을 도시하고 있다. 이 때 상기 공급유로(530)는 상기 임펠러실 후방부재(122)를 뚫어 형성되는 통로 형태로 형성된다. 상기 전방 베어링(151)은 에어포일 저널 베어링 형태로서 하우징(151a), 범프 포일(151b), 탑 포일(151c)을 포함하여 이루어진다. 이 때, 상기 공급유로(530)와 상기 전방 베어링(151)의 내부를 연통시키도록, 상기 하우징(151a)에는 연통로(151d)가 형성된다. 이처럼 상기 공급유로(530)를 통해 공급된 압축공기는 상기 연통로(151d)를 통해 상기 전방 베어링(151) 내부로 진입하는데, 베어링 구성에 따라 상기 탑 포일(151c)에 의해 공기 흐름의 진행이 막히게 될 수 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해, 상기 탑 포일(151c)에는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 연통로(151d)에 근접한 위치에 연통공(151e)이 형성되게 할 수 있다. 이에 따라 공기는 상기 공급유로(530)-상기 연통로(151d)-상기 연통공(151e)을 순차적으로 통과하여 원활하게 상기 전방 베어링(151) 내부로 공급될 수 있게 할 수 있다. 여기에서도 역시, 도 6에는 상기 전방 베어링(151)를 한 실시예로서 도시하고 있지만, 상기 후방 베어링(152) 또는 상기 끝단 베어링(153) 역시 도 6과 같이 이루어질 수 있음은 물론 당연하다.FIG. 6 shows the front bearing 151 supported by the impeller chamber rear member 122 as an example of an airfoil journal bearing according to a bearing air supply structure. At this time, the supply passage 530 is formed in the form of a passage formed by drilling the rear member 122 of the impeller chamber. The front bearing 151 is in the form of an airfoil journal bearing and includes a housing 151a, a bump foil 151b, and a top foil 151c. At this time, a communication path 151d is formed in the housing 151a to communicate the supply path 530 and the inside of the front bearing 151 . As such, the compressed air supplied through the supply passage 530 enters the inside of the front bearing 151 through the communication passage 151d. can get clogged In order to solve this problem, as shown in FIG. 6 , a communication hole 151e may be formed in the top foil 151c at a position close to the communication path 151d. Accordingly, air may sequentially pass through the supply passage 530 - the communication passage 151d - and the communication hole 151e to be smoothly supplied into the front bearing 151 . Again, although the front bearing 151 is illustrated in FIG. 6 as an embodiment, the rear bearing 152 or the end bearing 153 may also be configured as in FIG. 6 , of course.

본 발명의 공기압축기의 제1실시예First embodiment of the air compressor of the present invention

도 3은 본 발명의 공기압축기의 제1실시예를 도시하고 있다. 제1실시예에 따른 상기 공기압축기(100)에서는, 상기 유로들(520)(530)(530a)(530b)마다 밸브들(525)(535)(535a)(535b)이 각각 구비되도록 구성된다. 보다 구체적으로는, 제1실시예에 따른 상기 공기공급부(500)는, 상기 저장유로(520) 상에 구비되는 저장유로밸브(525), 상기 공급유로(530) 상에 구비되며 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되는 공급유로밸브(535)를 더 포함한다. 물론 베어링들이 더 구비됨에 따라 더 구비되는 공급유로들에도 밸브들이 더 구비될 수 있으며, 이 경우 제1실시예에 따른 상기 공기공급부(500)는, 상기 부가공급유로(530a) 상에 구비되는 부가공급유로밸브(535a), 상기 추가공급유로(530b) 상에 구비되는 추가공급유로밸브(535b)를 더 포함할 수 있다.3 shows a first embodiment of the air compressor of the present invention. In the air compressor 100 according to the first embodiment, valves 525, 535, 535a, and 535b are provided for each of the flow passages 520, 530, 530a, and 530b, respectively. . More specifically, the air supply unit 500 according to the first embodiment is provided on the storage flow path valve 525 provided on the storage flow path 520 , the supply flow path 530 , and the control unit 550 . ) further includes a supply channel valve 535 whose opening and closing is controlled. Of course, as more bearings are provided, more valves may be provided in the supply passages that are further provided. It may further include a supply passage valve (535a) and an additional supply passage valve (535b) provided on the additional supply passage (530b).

이 때 상기 공급유로들(530)(530a)(530b)에 구비되는 공급유로밸브들(535)(535a)(535b)은, 모두 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어된다. 한편 상기 저장유로(520)에 구비되는 상기 저장유로밸브(525)는, 역시 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되게 할 수도 있지만, 차압에 의해 자동으로 개폐되게 할 수도 있다.At this time, the opening and closing of the supply flow valves 535 , 535a , and 535b provided in the supply flow passages 530 , 530a and 530b are controlled by the controller 550 . Meanwhile, the storage passage valve 525 provided in the storage passage 520 may also be controlled to be opened and closed by the controller 550, or may be opened and closed automatically by a differential pressure.

앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 공기압축기(100)는, 동작 초기에 상기 공기공급부(500)를 이용하여 상기 베어링들(151)(152)(153)의 내부에 공기를 공급하여 상기 회전축(131)-상기 베어링들(151)(152)(153) 간에 미리 에어 갭을 형성하여 놓는 것이 주 역할이다. 즉 상기 베어링들(151)(152)(153)에 공기를 공급하는 상기 공급유로들(530)(530a)(530b)에 구비되는 공급유로밸브들(535)(535a)(535b)은, 상기 공기압축기(100)가 기동하기 전부터 동작을 시작(즉 폐쇄되어 있던 것을 개방)해야 하므로, 상기 공기압축기(100)의 동작에 따라 동작하게 할 수 없고 따라서 별도의 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되게 해야 한다.As described above, the air compressor 100 of the present invention supplies air to the inside of the bearings 151 , 152 , 153 using the air supply unit 500 at the initial stage of operation to provide the rotation shaft 131 . - The main role is to form an air gap between the bearings 151, 152, and 153 in advance. That is, the supply passage valves 535, 535a, and 535b provided in the supply passages 530, 530a, and 530b for supplying air to the bearings 151, 152, and 153 are, Since the operation of the air compressor 100 must be started (that is, the closed one must be opened) before starting, it cannot be operated according to the operation of the air compressor 100, and therefore opening and closing by the separate control unit 550 is performed. have to be controlled.

그러나 상기 저장유로밸브(525)의 경우에는, 이미 상기 공기저장부(510)에는 압축공기가 어느 정도 채워져 있고 상기 공급유로들(530)(530a)(530b)을 통해 빠져나간 양만큼 다시 채워넣기만 하면 되므로, 항상 동작하고 있어야 할 필요도 없고, 물론 상기 공기압축기(100)가 기동하기 전에 동작할 필요도 전혀 없다. 따라서 상기 저장유로밸브(525)는, 물론 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되게 할 수도 있지만, 상기 공기압축기(100)의 동작 상태에 따라 동작이 이루어지게 해도 된다. 구체적으로 설명하자면 다음과 같다.However, in the case of the storage passage valve 525 , the air storage unit 510 is already filled with compressed air to some extent and is refilled by the amount that has escaped through the supply passages 530 , 530a and 530b . There is no need to always operate, and of course, there is no need to operate before the air compressor 100 starts. Therefore, the storage flow valve 525 may, of course, be controlled to be opened and closed by the control unit 550 , but may be operated according to the operating state of the air compressor 100 . Specifically, it is as follows.

상기 저장유로밸브(525)는 상기 기체토출구(121b) 내 압력이 상기 공기저장부(510) 내 압력보다 크면 개방되고 그렇지 않으면 폐쇄되는 체크밸브 형태로 형성되게 할 수 있다. 이 경우 상기 공기저장부(510) 내 평상시 압력은 물론, 상기 공기압축기(100)가 정상 동작 시에 상기 기체토출구(121b) 내에 형성되는 압력보다 크게 형성되어 있어야 함은 자명하다. 상기 공기공급부(500)의 동작이 시작되어 상기 공급유로들(530)(530a)(530b)을 통해 상기 공기저장부(510)에서 공기가 빠져나가면 상기 공기저장부(510) 내 압력이 점점 낮아지며, 이러한 과정이 진행되다 보면 상기 기체토출구(121b) 내 압력이 상기 공기저장부(510) 내 압력보다 오히려 커지게 되는 시점이 오게 된다. 이 시점에서 상기 저장유로밸브(525)가 개방됨으로써, 상기 임펠러(110)에 의해 압축된 압축공기가 상기 저장유로(520)를 통해 상기 공기공급부(500)로 공급된다. 이렇게 공기가 공급되어 손실량이 점점 채워짐에 따라 상기 공기공급부(500) 내 압력도 다시 점점 높아지며, 이러한 과정이 진행되다 보면 다시 상기 공기저장부(510) 내 압력이 상기 기체토출구(121b) 내 압력보다 커지게 되어, 상기 저장유로밸브(525)가 폐쇄된다.The storage flow valve 525 may be formed in the form of a check valve that is opened when the pressure in the gas outlet 121b is greater than the pressure in the air storage 510 and closed otherwise. In this case, as well as the normal pressure in the air storage unit 510, it is obvious that the pressure formed in the gas outlet 121b during normal operation of the air compressor 100 should be greater than that of the air compressor 100. When the operation of the air supply unit 500 is started and the air escapes from the air storage unit 510 through the supply passages 530, 530a and 530b, the pressure in the air storage unit 510 is gradually lowered. , as this process progresses, a time comes when the pressure in the gas outlet 121b becomes greater than the pressure in the air storage unit 510 . At this point, as the storage passage valve 525 is opened, the compressed air compressed by the impeller 110 is supplied to the air supply unit 500 through the storage passage 520 . As the air is supplied and the loss is gradually filled in this way, the pressure in the air supply unit 500 also gradually increases again, and as this process progresses, the pressure in the air storage unit 510 again becomes higher than the pressure in the gas outlet 121b. becomes large, and the storage passage valve 525 is closed.

본 발명의 공기압축기의 제2실시예Second embodiment of the air compressor of the present invention

도 7은 본 발명의 공기압축기의 제2실시예를 도시하고 있다. 제1실시예에서는 상기 공기압축기(100)에 형성되어 있는 상기 유로들(520)(530)(530a)(530b)마다 밸브들(525)(535)(535a)(535b)이 각각 구비되도록 구성되도록 하였으나, 제2실시예에서는 상기 유로들(520)(530)(530a)(530b)이 서로 통합되어 상기 공기저장부(510)로 연결되며 이에 따라 밸브도 단일 개만 구비되도록 구성된다. 보다 구체적으로는, 제2실시예에 따른 상기 공기공급부(500)는, 상기 저장유로(520) 및 상기 공급유로(530)를 통합하여 상기 공기저장부(510)에 연결하는 통합유로(540)를 더 포함한다. 물론 베어링들이 더 구비됨에 따라 더 구비되는 공급유로들도 상기 통합유로(540)에 더 통합될 수 있으며, 이 경우 제1실시예에 따른 상기 공기공급부(500)는, 상기 저장유로(520) 및 상기 공급유로(530), 상기 부가공급유로(530a), 상기 추가공급유로(530b)를 모두 통합하여 상기 공기저장부(510)에 연결하도록 이루어질 수 있다.7 shows a second embodiment of the air compressor of the present invention. In the first embodiment, valves 525, 535, 535a, and 535b are provided for each of the flow paths 520, 530, 530a, and 530b formed in the air compressor 100, respectively. However, in the second embodiment, the flow paths 520 , 530 , 530a , 530b are integrated with each other and connected to the air storage unit 510 , and accordingly, only a single valve is provided. More specifically, the air supply unit 500 according to the second embodiment integrates the storage flow path 520 and the supply flow path 530 to connect the air storage unit 510 to the integrated flow path 540 . further includes Of course, as more bearings are provided, additional supply passages may be further integrated into the integrated passage 540 . In this case, the air supply unit 500 according to the first embodiment includes the storage passage 520 and The supply passage 530 , the additional supply passage 530a , and the additional supply passage 530b may all be integrated and connected to the air storage unit 510 .

이 때 상기 통합유로(540)와 다른 상기 유로들(520)(530)(530a)(530b)이 서로 연결되는 부분에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되는 삼방밸브 형태로 형성되는 통합유로밸브(545)가 구비될 수 있다. 구체적으로는, 상기 통합유로밸브(545)는 삼방밸브 형태이므로 제1/2/3유통구가 존재하는데, 상기 통합유로밸브(545)의 제1유통구에는 상기 통합유로(540)가, 제2유통구에는 상기 저장유로(520)가, 제3유통구에는 상기 공급유로(530)(상기 부가공급유로(530a), 상기 추가공급유로(530b)가 더 구비되는 경우 상기 공급유로(530), 상기 부가공급유로(530a), 상기 추가공급유로(530b) 모두)가 연결된다. 상기 통합유로밸브(545)의 경우에도 마찬가지로, 동작 초기에 상기 공급유로들(530)(530a)(530b)들을 개방하여 상기 베어링들(151)(152)(153)로 공기를 공급하고, 상기 공기저장부(510) 내 공기가 손실되어 압력이 떨어지면 상기 저장유로(520)를 개방하여 공기를 저장하는 동작을 수행하게 된다.At this time, as shown in FIG. 7 , opening and closing is controlled by the control unit 550 at a portion where the integrated flow path 540 and the other flow paths 520 , 530 , 530a and 530b are connected to each other. An integrated flow valve 545 formed in the form of a three-way valve may be provided. Specifically, since the integrated flow valve 545 is in the form of a three-way valve, there is a 1/2/3 flow port. When the storage passage 520 is provided in the second distribution port, and the supply passage 530 (the additional supply passage 530a, the additional supply passage 530b is further provided in the third distribution port, the supply passage 530) , the additional supply passage 530a and the additional supply passage 530b) are connected. Similarly in the case of the integrated flow valve 545, the supply flow paths 530, 530a and 530b are opened at the beginning of operation to supply air to the bearings 151, 152, and 153, and the When the air in the air storage unit 510 is lost and the pressure drops, the storage flow path 520 is opened to store the air.

본 발명의 공기압축기 제어 방법Air compressor control method of the present invention

앞서는 본 발명의 공기압축기(100)의 장치적인 구성을 중심으로 설명하였으되, 이하에서는 이러한 본 발명의 공기압축기(100)를 제어하는 방법 관점에서 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명의 공기압축기(100) 제어 방법은, 간략히 정리하자면, 회전축(131)에 의해 회전하는 임펠러(110)를 이용하여 기체를 흡입 및 압축하여 토출하며, 상기 회전축(131) 주변에 저널 베어링 또는 쓰러스트 베어링 형태로 형성되는 적어도 하나의 에어포일 베어링이 구비되며, 상기 공기압축기(100)로부터 토출되는 압축공기 일부를 공급받아 저장하고 상기 에어포일 베어링의 내부에 공기를 공급하는 공기공급부(500)를 포함하는 공기압축기(100)를 제어하는 방법이다. 이러한 본 발명의 공기압축기(100) 제어 방법은, 도 8의 흐름도에 보이는 바와 같이, 기동대기단계, 공기공급단계, 기동단계, 공기저장단계, 공급중단단계를 포함하여 이루어진다.Although the foregoing description has been focused on the device configuration of the air compressor 100 of the present invention, the following will be described in more detail in terms of a method of controlling the air compressor 100 of the present invention. The air compressor 100 control method of the present invention, in brief, uses the impeller 110 rotated by the rotating shaft 131 to suck in and compress the gas and discharge it, and a journal bearing or around the rotating shaft 131 . At least one airfoil bearing formed in the form of a thrust bearing is provided, and an air supply unit 500 that receives and stores a portion of the compressed air discharged from the air compressor 100 and supplies air to the inside of the airfoil bearing. It is a method of controlling the air compressor 100 comprising a. This method of controlling the air compressor 100 of the present invention, as shown in the flowchart of FIG. 8, includes a starting standby step, an air supply step, a starting step, an air storage step, and a supply stop step.

상기 기동대기단계는 상기 회전축(131)이 정지한 상태로 대기하고 있는 단계로서, 즉 상기 공기압축기(100)의 기동이 시작되기 전 상태이다. 상기 기동대기단계에서는 상기 회전축(131)은 중력에 의해 내려앉아 상기 에어포일 베어링과 접촉해 있는 상태가 된다. 종래의 경우 이 상태에서 상기 공기압축기(100) 기동이 시작되면, 상기 회전축(131)이 상기 에어포일 베어링과 접촉한 상태에서 회전이 시작되는 과정에서 마찰력이 심하게 발생하고 상기 에어포일 베어링이 손상을 입게 되는 문제가 있었다.The starting standby step is a step in which the rotating shaft 131 is in a stopped state, that is, a state before the start of the air compressor 100 is started. In the starting standby step, the rotating shaft 131 is brought down by gravity to be in contact with the airfoil bearing. In the conventional case, when the air compressor 100 is started in this state, a frictional force is severely generated in the process of starting the rotation while the rotating shaft 131 is in contact with the airfoil bearing, and the airfoil bearing is damaged. I had a problem wearing it.

상기 공기공급단계에서는, 상기 공기공급부(500)에 의하여 상기 에어포일 베어링의 내부에 공기가 공급된다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 공급유로들(530)(530a)(530b)을 통해 상기 공기저장부(510) 내에 저장되어 있던 압축공기가 상기 베어링들(151)(152)(153) 내부로 공급되며, 이렇게 공급된 공기의 압력에 의해 상기 회전축(131)이 들려올라감으로써 (아직 회전하고 있지 않음에도 불구하고) 상기 회전축(131) 및 상기 에어포일 베어링 사이에 에어 갭이 형성되게 된다.In the air supply step, air is supplied to the inside of the airfoil bearing by the air supply unit 500 . As described above, the compressed air stored in the air storage unit 510 is supplied into the bearings 151, 152 and 153 through the supply passages 530, 530a and 530b. As the rotation shaft 131 is lifted up by the pressure of the supplied air (even though it is not rotating yet), an air gap is formed between the rotation shaft 131 and the airfoil bearing.

이 때 상기 공기공급단계에서, 상기 제어부(550)에 의하여 개폐가 제어되는 자동제어밸브에 의하여 공기의 공급 여부가 제어되게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 공기 공급 동작은 상기 공기압축기(100) 동작이 시작되기 전에 미리 이루어져야 하기 때문에, 상기 공기압축기(100)의 동작과 연계되어 밸브가 열리거나 하는 식으로 이루어져서는 안되며, 상기 공기압축기(100)가 멈추어 있더라도 밸브가 열릴 수 있도록 별도의 상기 제어부(550)에 의해 공기 공급 동작이 이루어져야 한다.At this time, in the air supply step, whether air is supplied is controlled by the automatic control valve whose opening and closing is controlled by the control unit 550 . As described above, since the air supply operation must be made in advance before the air compressor 100 operation starts, it should not be made in such a way that a valve is opened in connection with the operation of the air compressor 100, and the air compressor Even if 100 is stopped, an air supply operation must be performed by the separate control unit 550 so that the valve can be opened.

이처럼 상기 공기공급단계에 의하여 상기 회전축(131) 및 상기 에어포일 베어링 사이에 에어 갭이 형성되면, 상기 회전축(131)이 회전하여 상기 공기압축기(100)가 기동되는 상기 기동단계가 수행된다. 상술한 바와 같이 본 발명에서는 에어 갭이 형성된 상태에서 상기 회전축(131)이 회전하게 되므로, 종래의 경우에 발생했던 마찰이나 손상 문제가 원천적으로 해소된 상태로 상기 공기압축기(100)의 기동이 이루어질 수 있게 된다.As such, when an air gap is formed between the rotary shaft 131 and the airfoil bearing by the air supply step, the starting step of starting the air compressor 100 by rotating the rotary shaft 131 is performed. As described above, in the present invention, since the rotating shaft 131 rotates in a state in which the air gap is formed, the air compressor 100 is started in a state in which the friction or damage problem that occurred in the conventional case is fundamentally resolved. be able to

한편 상기 공기공급단계에 의하여 상기 에어포일 베어링에 공기가 공급됨으로써 상기 공기저장부(510) 내에 저장되어 있던 공기가 줄어들면, 그만큼을 다시 채워 주어야 한다. 이에 상기 공기저장단계가 수행되어, 상기 공기압축기(100)의 기동에 의하여 흡입 및 압축하여 토출된 압축공기 일부가 상기 공기공급부(500)로 저장되게 된다.On the other hand, when the air stored in the air storage unit 510 is reduced by supplying air to the airfoil bearing by the air supply step, the amount of air must be refilled. Accordingly, the air storage step is performed, and a part of the compressed air sucked and compressed by the start of the air compressor 100 and discharged is stored in the air supply unit 500 .

이 때 상기 공기저장단계에서, 상기 공기공급단계와 유사하게, 상기 제어부(550)에 의하여 개폐가 제어되는 자동제어밸브에 의하여 공기의 저장 여부가 제어되도록 이루어질 수도 있다. 이 때 상기 제어부(550)의 공기 저장 제어는, 예를 들어 상기 회전축(131)의 회전 속도가 미리 결정된 기준에 도달하면 공기 저장을 시작하도록 이루어질 수도 있고, 또는 상기 회전축(131)의 회전이 시작된 후 미리 결정된 시간이 지나면 공기 저장을 시작하도록 이루어질 수도 있다. 한편 상기 공기압축기(100)의 동작이 시작되기 전에 미리 이루어져야만 하는 공기 공급 동작과는 달리, 공기 저장 동작은 공기가 충분히 빠져나간 이후, 즉 시점 상으로는 상기 공기압축기(100)가 충분히 작동을 한 이후에 이루어지게 된다. 따라서 상기 공기압축기(100)의 동작과 연계하여 개폐가 이루어질 수 있는데, 이 경우 구체적으로는 상기 공기저장단계에서, 상기 공기압축기(100)로부터 기체가 토출되는 공간 내 압력이 상기 공기공급부(500)의 공기저장공간 내 압력보다 크면 개방되고 그렇지 않으면 폐쇄되는 체크밸브에 의하여 공기의 저장 여부가 제어되도록 이루어질 수 있다.At this time, in the air storage step, similarly to the air supply step, whether or not air is stored may be controlled by an automatic control valve whose opening/closing is controlled by the controller 550 . At this time, the air storage control of the controller 550 may be configured to start storing air when, for example, the rotational speed of the rotating shaft 131 reaches a predetermined standard, or the rotation of the rotating shaft 131 is started. After a predetermined time has elapsed, the air storage may be started. On the other hand, unlike the air supply operation that must be performed in advance before the operation of the air compressor 100 starts, the air storage operation is performed after the air is sufficiently exhausted, that is, after the air compressor 100 operates sufficiently. will be done in Therefore, opening and closing can be made in connection with the operation of the air compressor 100. In this case, specifically, in the air storage step, the pressure in the space from which the gas is discharged from the air compressor 100 is the air supply unit 500. If the pressure in the air storage space is greater than the pressure of the air storage space of the open or otherwise closed by the check valve can be made to control whether or not to store the air.

한편 상기 회전축(131)이 동작 초기를 지나 정상 동작 수준의 고속 회전을 하게 되면, 상기 회전축(131)의 회전에 의하여 상기 회전축(131) 주변에 동압이 발생하며, 이에 따라 별도의 공기 공급이 없어도 자연히 상기 회전축(131) 및 상기 에어포일 베어링 사이에 에어 갭이 형성되게 된다. 따라서 이 시점이 되면 상기 에어포일 베어링으로 계속 공기를 공급하는 것이 불필요해진다. 따라서 상기 회전축(131)이 정상 동작 수준의 고속 회전을 하게 되면, 상기 공기공급부(500)에 의하여 상기 에어포일 베어링 내부로의 공기 공급이 중단되는 상기 공급중단단계가 수행되어, 공기의 불필요한 낭비를 막는다. 이 때 상기 제어부(550)의 공급 중단 제어는, 상기 회전축(131)의 회전 속도가 미리 결정된 기준에 도달하면 공기 공급을 중단하도록 이루어질 수도 있고, 또는 상기 회전축(131)의 회전이 시작된 후 미리 결정된 시간이 지나면 공기 저장을 중단하도록 이루어질 수도 있다.On the other hand, when the rotation shaft 131 rotates at a high speed of a normal operation level after the initial operation, dynamic pressure is generated around the rotation shaft 131 by the rotation of the rotation shaft 131, and thus there is no separate air supply. Naturally, an air gap is formed between the rotation shaft 131 and the airfoil bearing. Therefore, at this point, it becomes unnecessary to continuously supply air to the airfoil bearing. Therefore, when the rotating shaft 131 rotates at a high speed of a normal operating level, the supply stopping step of stopping the supply of air into the airfoil bearing by the air supply unit 500 is performed, and unnecessary waste of air is prevented. block At this time, the supply stop control of the control unit 550 may be made to stop the air supply when the rotational speed of the rotating shaft 131 reaches a predetermined criterion, or after the rotation of the rotating shaft 131 starts, a predetermined It may also be made to stop air storage over time.

부가적으로, 도 8에서는 편의상 상기 공기저장단계가 상기 공급중단단계보다 선행되는 것으로 도시되었으나, 상기 공기저장단계와 상기 공급중단단계는 서로 큰 관련성이 없으므로 어느 단계가 먼저 수행되어도 무방하다.Additionally, although it is illustrated in FIG. 8 that the air storage step precedes the supply interruption step for convenience, the air storage step and the supply stop step are not highly related to each other, so either step may be performed first.

상기 공기공급부(500)는 이처럼 상기 공기압축기(100)의 동작 초기에 적극적으로 동작하여 상기 회전축(131) 및 상기 에어포일 베어링 사이에 에어 갭을 미리 형성하여 줌으로써, 마찰 및 손상 문제를 방지하는 역할을 한다. 그러나 상기 공기압축기(100)가 동작 초기를 지나 정상 동작을 하게 되면 상기 공기공급부(500)는 더 이상 동작할 필요가 없으며, 상기 공급중단단계가 수행됨으로써 실질적으로 상기 공기공급부(500)의 동작은 대부분 완료된다(상기 공급중단단계 이후에 상기 공기저장단계가 좀더 수행될 수도 있다). 이후 상기 공기압축기(100) 자체가 사용자 필요에 따른 동작을 충분히 한 후 동작 정지를 할 수 있으며, 이 단계를 기동종료단계라 한다. 이처럼 상기 공기압축기(100)의 동작이 종료되면, 상기 공기압축기(100)가 다시 기동하기 전까지 상기 회전축(131)이 정지한 상태로 대기하는 상기 기동대기단계로 되돌아가게 된다.As such, the air supply unit 500 actively operates at the initial stage of operation of the air compressor 100 to form an air gap between the rotation shaft 131 and the airfoil bearing in advance, thereby preventing friction and damage problems. do However, when the air compressor 100 returns to normal operation after the initial stage of operation, the air supply unit 500 does not need to operate any more, and since the supply interruption step is performed, the operation of the air supply unit 500 is substantially Most of it is completed (the air storage step may be further performed after the supply stop step). Thereafter, the air compressor 100 itself may stop the operation after sufficiently performing the operation according to the user's need, and this step is referred to as a start-up termination step. As such, when the operation of the air compressor 100 is terminated, the rotational shaft 131 returns to the starting standby step of waiting in a stopped state until the air compressor 100 is started again.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is varied, and anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims It goes without saying that various modifications are possible.

100: 공기압축기
110: 임펠러
111: 코어 112: 블레이드
120: 임펠러실
121: 임펠러실 전방부재 121a: 기체흡입구
121b: 기체토출구 121c: 기체유통로
122: 임펠러실 후방부재
130: 모터 131: 회전축
132: 로터 133: 스테이터
133a: 플레이트 133b: 코일
140: 모터실
141: 모터실 전방부재 141a: 메인워터자켓
142: 모터실 후방부재 142a: 서브워터자켓
143: 모터실 커버부재
151: 전방 베어링 152: 후방 베어링
153: 끝단 베어링
500: 공기공급부 510: 공기저장부
520: 저장유로 525: 저장유로밸브
530: 공급유로 535: 공급유로밸브
530a: 부가공급유로 535a: 부가공급유로밸브
530b: 추가공급유로 535b: 추가공급유로밸브
540: 통합유로 545: 통합유로밸브
550: 제어부100: air compressor
110: impeller
111: core 112: blade
120: impeller chamber
121: impeller chamber front member 121a: gas inlet
121b: gas discharge port 121c: gas flow path
122: impeller chamber rear member
130: motor 131: rotation shaft
132: rotor 133: stator
133a: plate 133b: coil
140: motor room
141: motor room front member 141a: main water jacket
142: motor compartment rear member 142a: sub water jacket
143: motor chamber cover member
151: front bearing 152: rear bearing
153: end bearing
500: air supply 510: air storage
520: storage passage 525: storage passage valve
530: supply passage 535: supply passage valve
530a: additional supply passage 535a: additional supply passage valve
530b: additional supply passage 535b: additional supply passage valve
540: integrated flow path 545: integrated flow path valve
550: control unit

Claims (18)

회전축(131)에 의해 회전하는 임펠러(110)를 이용하여 기체를 흡입 및 압축하여 토출하며, 상기 회전축(131) 주변에 저널 베어링 또는 쓰러스트 베어링 형태로 형성되는 적어도 하나의 에어포일 베어링이 구비되는 공기압축기(100)에 있어서,
코어(111) 및 복수 개의 블레이드(112)를 포함하며, 상기 회전축(131)에 의해 회전하여 기체를 흡입 및 압축하여 토출하는 상기 임펠러(110);
기체흡입구(121a), 기체토출구(121b) 및 기체유통로(121c)를 포함하는 임펠러실 전방부재(121) 및 임펠러실 후방부재(122)를 포함하며, 상기 임펠러(110)를 수용 및 지지하는 임펠러실(120);
상기 임펠러실 후방부재(122)에 지지되어 상기 회전축(131) 전단 측면을 지지하며, 에어포일 저널 베어링 형태로 형성되는 전방 베어링(151);
상기 공기압축기(100)로부터 토출되는 압축공기 일부를 공급받아 저장하고 상기 전방 베어링(151)을 포함하는 상기 에어포일 베어링의 내부에 공기를 공급하는 공기공급부(500);
를 포함하되,
상기 공기공급부(500)는,
압축공기를 저장하는 공기저장부(510), 일단이 상기 공기저장부(510)에 연결되며 상기 기체토출구(121b)로 토출되는 압축공기 일부를 공급받아 저장하도록 타단이 상기 기체토출구(121b)와 연결되는 저장유로(520), 일단이 상기 공기저장부(510)에 연결되며 상기 전방 베어링(151)의 내부에 공기를 공급하도록 타단이 상기 전방 베어링(151)과 연결되는 공급유로(530), 상기 저장유로(520) 및 상기 공급유로(530)를 통합하여 상기 공기저장부(510)에 연결하는 통합유로(540), 상기 저장유로(520) 또는 상기 공급유로(530)의 개폐를 제어하는 제어부(550)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100).
At least one airfoil bearing formed in the form of a journal bearing or a thrust bearing is provided around the rotating shaft 131 to suck and compress gas using the impeller 110 rotated by the rotating shaft 131 and discharge it. In the air compressor (100),
the impeller 110 including a core 111 and a plurality of blades 112 and rotating by the rotation shaft 131 to suck and compress gas and discharge it;
It includes an impeller chamber front member 121 and an impeller chamber rear member 122 including a gas inlet 121a, a gas outlet 121b, and a gas flow path 121c, and receiving and supporting the impeller 110 impeller chamber 120;
a front bearing 151 supported by the impeller chamber rear member 122 to support the front end side of the rotation shaft 131 and formed in the form of an airfoil journal bearing;
an air supply unit 500 that receives and stores a portion of the compressed air discharged from the air compressor 100 and supplies air to the inside of the airfoil bearing including the front bearing 151;
including,
The air supply unit 500,
An air storage unit 510 for storing compressed air, one end connected to the air storage unit 510 and the other end of the gas discharge port 121b and the other end to receive and store a portion of the compressed air discharged through the gas discharge port 121b A storage flow path 520 connected, one end connected to the air storage unit 510 and a supply flow path 530 having the other end connected to the front bearing 151 to supply air to the inside of the front bearing 151, Controlling the opening and closing of an integrated flow path 540 , the storage flow path 520 or the supply flow path 530 that integrates the storage flow path 520 and the supply flow path 530 and connects to the air storage unit 510 . Air compressor (100), characterized in that it comprises a control unit (550).
 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 공기압축기(100)는,
상기 임펠러(110)가 회전함에 따라, 상기 코어(111)와 동축상에 형성되는 상기 기체흡입구(121a)를 통해 기체가 흡입되고, 흡입된 기체가 상기 블레이드(112)를 따라 상기 기체유통로(121c)로 흘러가면서 압축되며, 압축된 기체가 상기 기체토출구(121b)에 모여서 외부로 토출되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100).
According to claim 1, wherein the air compressor (100),
As the impeller 110 rotates, gas is sucked in through the gas inlet 121a formed coaxially with the core 111, and the sucked gas flows along the blade 112 to the gas flow path ( 121c) and compressed while flowing, the compressed gas is collected at the gas outlet (121b) and discharged to the outside.
 제 1항에 있어서, 상기 공기공급부(500)는,
상기 저장유로(520) 상에 구비되는 저장유로밸브(525), 상기 공급유로(530) 상에 구비되며 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되는 공급유로밸브(535)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100).
According to claim 1, wherein the air supply unit 500,
The storage flow path valve 525 provided on the storage flow path 520, the supply flow path valve 535 provided on the supply flow path 530, the opening and closing is controlled by the control unit (550) characterized in that it further comprises The air compressor (100).
 제 4항에 있어서, 상기 공기공급부(500)는,
상기 저장유로밸브(525)가, 상기 기체토출구(121b) 내 압력이 상기 공기저장부(510) 내 압력보다 크면 개방되고 그렇지 않으면 폐쇄되는 체크밸브 형태로 형성되거나,
상기 저장유로밸브(525)가, 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100).
According to claim 4, The air supply unit 500,
The storage flow valve 525 is formed in the form of a check valve that opens when the pressure in the gas outlet 121b is greater than the pressure in the air storage 510 and closes otherwise,
The air compressor (100), characterized in that the storage flow valve (525) is formed to be opened and closed by the control unit (550).
 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 공기공급부(500)는,
상기 통합유로(540) 상에 구비되며 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되는 삼방밸브 형태로 형성되는 통합유로밸브(545)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100).
According to claim 1, wherein the air supply unit 500,
The air compressor (100), which is provided on the integrated flow path (540) and further comprises an integrated flow path valve (545) formed in the form of a three-way valve whose opening and closing is controlled by the control unit (550).
 제 1항에 있어서, 상기 공기압축기(100)는,
상기 회전축(131)을 통해 상기 임펠러(110) 후단에 연결되어 상기 임펠러(110)를 회전시키는 모터(130); 모터실 전방부재(141) 및 모터실 후방부재(142)를 포함하며, 상기 임펠러실(120) 후단에 연결되며 상기 모터(130)를 수용 및 지지하는 모터실(140); 을 더 포함하되,
상기 모터실 후방부재(142) 또는 상기 터빈실 부재에 지지되어 상기 회전축(131) 후단 측면을 지지하며, 에어포일 저널 베어링 형태로 형성되는 후방 베어링(152);
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100).
According to claim 1, wherein the air compressor (100),
a motor 130 connected to the rear end of the impeller 110 through the rotation shaft 131 to rotate the impeller 110; a motor room including a front member of the motor room 141 and a rear member of the motor room 142, connected to the rear end of the impeller room 120, and receiving and supporting the motor 130; further comprising,
a rear bearing 152 supported by the motor chamber rear member 142 or the turbine chamber member to support the rear end side of the rotation shaft 131 and formed in the form of an airfoil journal bearing;
Air compressor 100, characterized in that it further comprises.
 제 8항에 있어서, 상기 공기공급부(500)는,
일단이 상기 공기저장부(510)에 연결되며 타단이 상기 후방 베어링(152)의 내부에 공기를 공급하도록 상기 후방 베어링(152)과 연결되는 부가공급유로(530a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100).
According to claim 8, The air supply unit 500,
One end is connected to the air storage unit (510) and the other end is characterized in that it further comprises an additional supply passage (530a) connected to the rear bearing (152) to supply air to the inside of the rear bearing (152). Air compressor (100).
 제 9항에 있어서, 상기 공기공급부(500)는,
상기 부가공급유로(530a) 상에 구비되며 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되는 부가공급유로밸브(535a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100).
The method of claim 9, wherein the air supply unit 500,
The air compressor (100), which is provided on the additional supply passage (530a) and further includes an additional supply passage valve (535a) that is opened and closed by the control unit (550).
 제 8항에 있어서, 상기 공기압축기(100)는,
상기 회전축(131) 후단에 돌출 형성되며, 상기 모터실 후방부재(142) 또는 상기 터빈실 부재에 형성되는 홈에 삽입되는 플랜지(131a);
상기 플랜지(131a)와 상기 홈 사이에 구비되며, 에어포일 쓰러스트 베어링 형태로 형성되는 끝단 베어링(153);
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100).
According to claim 8, The air compressor (100),
a flange (131a) protruding from the rear end of the rotation shaft (131) and inserted into a groove formed in the motor chamber rear member (142) or the turbine chamber member;
an end bearing 153 provided between the flange 131a and the groove and formed in the form of an airfoil thrust bearing;
Air compressor 100, characterized in that it further comprises.
 제 11항에 있어서, 상기 공기공급부(500)는,
일단이 상기 공기저장부(510)에 연결되며 타단이 상기 끝단 베어링(153)의 내부에 공기를 공급하도록 상기 끝단 베어링(153)과 연결되는 추가공급유로(530b)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100).
The method of claim 11, wherein the air supply unit 500,
One end is connected to the air storage unit (510) and the other end further comprises an additional supply passage (530b) connected to the end bearing (153) to supply air to the inside of the end bearing (153) Air compressor (100).
 제 12항에 있어서, 상기 공기공급부(500)는,
상기 추가공급유로(530b) 상에 구비되며 상기 제어부(550)에 의해 개폐가 제어되는 추가공급유로밸브(535b)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100).
According to claim 12, The air supply unit 500,
The air compressor (100), which is provided on the additional supply passage (530b) and further includes an additional supply passage valve (535b) whose opening and closing is controlled by the control unit (550).
 제 1항에 의한 공기압축기(100)를 제어하는 공기압축기(100) 제어 방법에 있어서,
상기 회전축(131)이 정지한 상태로 대기하는 기동대기단계;
상기 공기공급부(500)에 의하여 상기 에어포일 베어링의 내부에 공기가 상기 통합유로(540) 및 상기 공급유로(530)를 통해 공급되는 공기공급단계;
상기 공기공급단계에 의하여 상기 회전축(131) 및 상기 에어포일 베어링 사이에 에어 갭이 형성되면, 상기 회전축(131)이 회전하여 상기 공기압축기(100)가 기동되는 기동단계;
상기 공기압축기(100)의 기동에 의하여 흡입 및 압축하여 토출된 압축공기 일부가 상기 저장유로(520) 및 상기 통합유로(540)를 통해 상기 공기공급부(500)로 저장되는 공기저장단계;
상기 공기공급부(500)에 의하여 상기 에어포일 베어링 내부로의 공기 공급이 중단되는 공급중단단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100) 제어 방법.
In the air compressor (100) control method for controlling the air compressor (100) according to claim 1,
a starting standby step of waiting in a state in which the rotating shaft 131 is stopped;
an air supply step in which air is supplied through the integrated passage 540 and the supply passage 530 to the inside of the airfoil bearing by the air supply unit 500;
a starting step of starting the air compressor 100 by rotating the rotary shaft 131 when an air gap is formed between the rotary shaft 131 and the airfoil bearing by the air supply step;
an air storage step in which a part of compressed air suctioned and compressed by the operation of the air compressor 100 and discharged is stored in the air supply unit 500 through the storage passage 520 and the integrated passage 540;
a supply stopping step in which the air supply to the inside of the airfoil bearing is stopped by the air supply unit 500;
Air compressor 100 control method comprising a.
 제 14항에 있어서, 상기 공기압축기(100) 제어 방법은,
상기 공기저장단계에서, 상기 공기압축기(100)로부터 기체가 토출되는 공간 내 압력이 상기 공기공급부(500)의 공기저장공간 내 압력보다 크면 개방되고 그렇지 않으면 폐쇄되는 체크밸브에 의하여 공기의 저장 여부가 제어되거나,
상기 공기저장단계에서, 제어부(550)에 의하여 개폐가 제어되는 자동제어밸브에 의하여 공기의 저장 여부가 제어되는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100) 제어 방법.
15. The method of claim 14, wherein the air compressor 100 control method,
In the air storage step, if the pressure in the space from which the gas is discharged from the air compressor 100 is greater than the pressure in the air storage space of the air supply unit 500, the air is stored by the check valve, which is opened or closed otherwise. controlled or
In the air storage step, the control method of the air compressor (100), characterized in that the storage of air is controlled by an automatic control valve that is opened and closed by the control unit (550).
 제 15항에 있어서, 상기 공기압축기(100) 제어 방법은,
상기 공기저장단계에서, 상기 제어부(550)에 의하여,
상기 회전축(131)의 회전 속도가 미리 결정된 기준에 도달하면 공기 저장이 시작되거나, 또는 상기 회전축(131)의 회전이 시작된 후 미리 결정된 시간이 지나면 공기 저장이 시작되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100) 제어 방법.
The method of claim 15, wherein the air compressor (100) control method comprises:
In the air storage step, by the control unit 550,
Air compressor ( 100) Control method.
 제 14항에 있어서, 상기 공기압축기(100) 제어 방법은,
상기 공기공급단계에서, 제어부(550)에 의하여 개폐가 제어되는 자동제어밸브에 의하여 공기의 공급 여부가 제어되는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100) 제어 방법.
15. The method of claim 14, wherein the air compressor 100 control method,
In the air supply step, the control method of the air compressor (100), characterized in that the supply of air is controlled by an automatic control valve whose opening and closing is controlled by the controller (550).
 제 14항에 있어서, 상기 공기압축기(100) 제어 방법은,
상기 공급중단단계에서, 제어부(550)에 의하여,
상기 회전축(131)의 회전 속도가 미리 결정된 기준에 도달하면 공기 공급이 중단되거나, 또는 상기 회전축(131)의 회전이 시작된 후 미리 결정된 시간이 지나면 공기 공급이 중단되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기압축기(100) 제어 방법.15. The method of claim 14, wherein the air compressor 100 control method,
In the supply interruption step, by the control unit 550,
Air compressor ( 100) Control method.
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